[发明专利]一种节段拼装式防船撞装置单元及防船撞装置

说明书

本发明公开了一种节段拼装式防船撞装置单元，所述防船撞装置单元为箱式结构，所述箱式结构包括设于箱式结构外层的保护外面板和设于箱式结构内部的耗能内箱，所述保护外面板和耗能内箱之间设有UHPC传力夹层板。本发明还提供一种节段拼装式防船撞装置，包括多个上述的防船撞装置单元，多个所述防船撞装置单元首尾连接成一整体并环绕桥墩或承台设置，或者多个所述防船撞装置单元间隔分布于桥墩或承台周围。本发明的节段拼装式防船撞装置具有施工简便、耗能效率高、耗能能力强、耗能模式稳定、传力路径明确、耐久性好、安全性高等优点，具有极大的使用价值和良好的经济效益，在深水桥梁防撞领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于桥梁附属设备领域，尤其涉及一种桥梁防船撞装置。

背景技术

在进行通航水域中的桥墩设计时，必须考虑船撞问题。否则，船舶撞击桥墩后，可能导致桥墩失效甚至上部桥梁结构倒塌，而一旦作为交通枢纽的桥梁发生事故，将造成巨大的经济损失和非常负面的社会影响，甚至可能会导致人员伤亡。在设计通航水域的桥墩时，若船舶碰撞的动力需求大于桥墩自身结构的抗撞能力时，需设置必要的防护装置减小桥墩在碰撞下发生破坏的风险。

现有与桥梁结构(尤其是桥墩、承台等)相连的防撞结构，大都采用传统的工程材料或 是使用单一的材料，如钢结构护舷、FRP柔性防撞浮箱等。传统的工程材料大都力学性能不 够突出，而单一材料组成的结构(包括新型材料组成的结构)往往也只是部分性能突出，而 其他性能相对较弱。

目前使用较为广泛的钢结构护舷，其主要是由竖向的外板、水平及竖向加劲等钢板或其 他钢构件通过焊接等组成；碰撞过程中主要依靠钢构件的变形耗散撞击的动能。然而，现有 的研究发现传统的钢结构护舷作为防船撞的措施有以下明显的不足：(1)由于外板厚度一般 比较薄，在碰撞过程中往往过早发生破坏，且外面板发生变形的区域集中在与船首先接触的 局部区域，使得内部参与变形耗能的钢构件非常有限，故耗能效率很低；(2)因内部耗能构 件主要是各向同性的格构式钢板，水平、竖直刚度接近，在碰撞下结构的失效模式难以控制， 无法准确的估计和设计结构的耗能能力；(3)钢结构在水面交界处时容易腐蚀，耐久性较差， 在桥梁的全寿命周期设计中甚至可能为易损构件；(4)船舶与钢结构护舷碰撞时易产生火花， 当船舶载有易燃、易爆货物时，发生碰撞后可能造成严重的火灾、爆炸等事故。虽然给钢结 构护舷增加水平加劲等措施可以在一定程度上增加外面板的刚度，但钢结构护舷存在的其他 缺陷始终无法解决。

另一种较为新型的防撞装置采用复合材料制成的FRP柔性防撞浮箱，FRP柔性防撞浮箱 存在以下缺陷：(1)FRP材料各项异性，垂直纤维方向的强度、弹性模量太低；(2)FRP的层间拉伸强度、层间剪切强度很低，多层FRP连接困难，(3)FRP材料的弹模小，约为钢的 1/20-1/2，需要依靠构件的几何刚度来弥补刚度的不足；(4)FRP材料的防火性能差，临界温度仅为300℃左右，尽管可通过添加阻燃剂改善，这使得本身价格就高昂的FRP更加不具经济性；(5)FRP柔性防撞浮箱的单元箱室的连接及箱壳、柱壳等一般需密贴接触，需要高精度制造保证产品的尺寸和结构质量，目前国内外还难以实现机械化的工艺成型，采用手糊工 艺成型则难以保证产品质量和精度，技术难度大。

综上所述，现有防护装置通常是由传统的工程材料或是较为单一材料组成，难以满足桥 梁防船撞装置的性能需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种传力路 径明确、耗能能力强、耐久性好的节段拼装式防船撞装置单元及防船撞装置。为解决上述技 术问题，本发明提出的技术方案为：

一种节段拼装式防船撞装置单元，所述防船撞装置单元为密封箱式结构，所述箱式结构 包括设于箱式结构外层的保护外面板和设于箱式结构内部的耗能内箱，所述保护外面板和耗 能内箱之间设有UHPC传力夹层板。